L'ottica

UN OBIETTIVO
Un obiettivo è un insieme più lenti che rifrangono la luce sull’ elemento sensibile, consentendo di mettere a fuoco l’immagine ripresa sul sensore (CCD o CMOS) della telecamera. L'obiettivo ha all'interno una lente convessa che devia i raggi di luce che la attraversano e li fa convergere verso il sensore.Per un buon risultato è necessario scegliere obiettivi di qualità che non inducano distorsioni o aberrazioni dell'immagine sia in termini di geometria che cromatiche, trasmettendo al sensore la massima quantità di luce riflessa. La realizzazione consiste in un blocco di lenti sigillate e trattate con un processo di coating, questo è sinonimo di efficienza, durata e si traduce in un’immagine di qualità anche dopo l'esposizione ad agenti atmosferici.

La scelta degli obiettivi, deve tenere in considerazione i seguenti parametri:

• Lunghezza focale e angolo di ripresa
• Iride o AutoIris (manuale/automatica)
• Rapporto di apertura
• Profondità di campo
• Formato

LA LUNGHEZZA FOCALE
La Lunghezza focale "f" rappresenta la distanza tra il centro ottico dell’obiettivo e uno dei due fuochi che cadono sul piano della focale.
Il CCD si trova al centro della focale in corrispondenza del fuoco posteriore (nel caso di una telecamera prendiamo in considerazione questo).
Il punto focale di una lente è un punto posto lungo l'asse ottico dove l'obiettivo è in grado di ricostruire un'immagine perfettamente a fuoco.
In corrispondenza di questo punto si trova il CCD. Qui viene ricreata un immagine rettangolare (speculare e rovesciata) grande quanto il CCD. La distanza dalla lente al punto in cui convergono i raggi luminosi si definisce lunghezza focale.

La distanza focale, viene espressa in millimetri e determina l’angolo di visuale della zona ripresa dal sensore.
Maggiore è l’angolo di ripresa minore è la lunghezza focale e viceversa.

Per chiarire in termini pratici possiamo dire che un aumento della distanza focale provoca un ingrandimento sul soggetto che andremo ad inquadrare con una conseguente riduzione dell’angolo di ripresa, mentre una diminuzione di provoca una visione più ampia detta grandangolare con conseguente allargamento dell’angolo di ripresa.

Possiamo evidenziare sulla base delle caratteristiche costruttive tre tipi di obiettivi:

• Focale fissa:
  l’angolo di ripresa non può essere modificato. Sono i più semplici ed economici, ma richiedono un corretto dimensionamento della scena e della distanza tra il soggetto e l'obiettivo di ripresa. Un calcolo errato comporta inquadrature sbagliate troppo grandi o troppo strette che implicano la sostituzione dell'obiettivo;
• Varifocal:
  l’angolo di ripresa può essere modificato manualmente entro un determinato range (es.. 3,5 - 8mm). Rispetto al precedente è più flessibile e consente di regolare la dimensione dell'area di ripresa in con tutta tranquillità;
• Motorizzati:
  sono progettati per dare all’operatore la possibilità di modificare la lunghezza focale consentendo di modificare a piacere la visione panoramica della zona da riprendere, ingrandendo particolari anche molto piccoli.

L'IRIDE
L’iride è un sistema meccanico posizionato all'interno dell'obiettivo in grado di regolare la luminosità che raggiunge il sensore della telecamera; si tratta di una ghiera che controlla l'apertura di un iride meccanico che si apre e si chiude per mantenere la corretta intensità di luce.

Esistono tre tipi di obiettivi:

• Con iride manuale:
  l'iride viene regolato manualmente ma, non essendo variabile al variare delle condizioni di luminosità della scena limita il suo utilizzo solo per installazioni da interno con condizioni di luminosità costanti;

• Autoiris comandati dalla telecamera (DC):
  l'iride viene regolato automaticamente dalla telecamera che ne determina l'apertura e la chiusura a seconda dell'intensità di luce presente sul sensore della telecamera. Questi obiettivi richiedono che a bordo della telecamera sia presente il circuito elettronico di pilotaggio (DC drive appunto);

• Autoiris con circuito di compensazione a bordo (VIDEO):
  Questi obiettivi sono i più complessi in quanto hanno al loro interno un dispositivo elettronico di comando che controllo l'illuminazione del sensore. Sono anche i più costosi dei precedenti ma, non sempre garantiscono risultati ottimali in quanto agiscono in modo indipendente dalla telecamera.

IL RAPPORTO DI APERTURE (F-Stop)
Per determinare la luminosità di un obiettivo non è sufficiente conoscere il valore di apertura, ma è necessario conoscere anche la lunghezza focale.
Immaginiamo di guardare attraverso un paesaggio attraverso un foro praticato in un cartoncino nero, tenendo l’occhio vicino al foro vedremo un'immagine sufficientemente nitida e chiara, allontanando il cartoncino vedremo che l’immagine si scurisce e si annebbia.
Quindi non variando il diametro del foro nel cartoncino, ma cambiando solo la distanza (lunghezza focale) a parità di diaframma (diametro del foro), una focale corta darà sempre immagini più luminose di una focale lunga.
Si definisce F-stop il rapporto tra la lunghezza focale e il diametro dell’obiettivo, questo rappresenta la capacità di trasferire la luce al sensore della telecamera interdicendone quasi completamente il passaggio in condizioni di luce intensa o minimizzando l’attenuazione in caso di scarsa luminosità.

Come già accennato minore è il valore di F e maggiore sarà la quantità luce ricevuta dal sensore. Con un rapporto di apertura uguale ad 1 (distanza focale = diametro) la luce non viene né attenuata né amplificata mentre con un rapporto di apertura di 1,2 (distanza focale > diametro) la quantità di luce viene attenuata; con un rapporto di apertura di 0,8 il livello di luce aumenta sensibilmente.

F-Stop alto (2...3,5 o più) = Obiettivo chiuso; per riprese di esterni o interni ben illuminati.

F-Stop basso (1,2...2) = Obiettivo aperto; per riprese in interno anche in condizioni di poca luminosità.

LA PROFONDITA' DI CAMPO
La profondità è lo spazio lungo l’asse in cui un oggetto può muoversi rimanendo sempre a fuoco. Una grande profondità di campo è una più lunga zona ripresa a fuoco sia per soggetti vicini che per soggetti lontani.

La profondità di campo dipende da:

• Apertura del diaframma:
  Maggiore apertura di diaframma corrisponde a minori profondità di campo e viceversa;

• Distanza del piano di messa a fuoco:
  E' la distanza del soggetto dall’obiettivo, maggiore è la distanza più ampia è la profondità di campo;

• Lunghezza focale dell’obiettivo:
  Più grande è la lunghezza focale e minore è la profondità di campo.

Durante le riprese notturne l’obiettivo è completamente aperto (F con valori minimi) la profondità di campo è inferiore e la zona ripresa non è più completamente a fuoco. E' consigliato eseguire una calibrazione della telecamera sempre in assenza di luce.

IL FORMATO
Il formato della lente è espresso in pollici e caratterizza la dimensione dell'area sulla quale viene focalizzata la scena. Nella scelta di un obiettivo bisogna tenere presente che il formato dell'immagine deve essere uguale o maggiore a quello del sensore della telecamera.

Nel caso venga utilizzato lo stesso formato per l'obiettivo e per il sensore della telecamera l'angolo di ripresa della telecamera e quello visivo dell'obiettivo coincidono, se si utilizza un obiettivo con un formato immagine superiore a quello della telecamera l'angolo di ripresa utile della telecamera è inferiore a quello della lente. Gli obiettivi vengono realizzati con due tipi di attacchi: C o CS questi differiscono fra di loro per la distanza tra la battuta dell'obiettivo ed il piano focale (17,5 mm per il C, 12,5 mm per il CS). Tramite un anello adattatore le telecamere con passo CS possono essere equipaggiate con obiettivi a passo C. Al contrario l'uso di obiettivi CS su telecamere tipo C causa la difficoltà nella regolazione della messa a fuoco.

I FILTRI
Di norma la taratura del sistema obiettivo/telecamera deve essere fatta nelle condizioni più gravose. A volte risulta utile simulare o modificare il contesto generale della scena per effettuare queste prove.

In questi casi si ricorre all'utilizzo dei filtri da installare sugli obiettivi. I filtri più utilizzati nel campo della TVCC sono:

• Filtro di attenuazione luce fattore 10 (neutral density 1):
  permette di attenuare la luce di un fattore 10 e viene utilizzato in fase di taratura delle telecamere a colori;
• Filtro di attenuazione luce fattore 1000 (neutral density 3):
  permette di attenuare la luce di un fattore 1000 ed è in grado di simulare le condizioni notturne con qualsiasi tipo di luminosità diffusa. Viene utilizzato in fase di taratura delle telecamere monocromatiche o per ridurre la luce in modo permanente nei casi di forti illuminazioni;
• Filtro passaggio raggi infrarossi:
  permette il passaggio della sola luce infrarossa utile quindi per simulare il funzionamento degli illuminatori IR anche durante le ore diurne. Viene utilizzato con le telecamere bianco e nero;
• Filtro per la riduzione raggi infrarossi:
  permette di ridurre la componente di raggi infrarossi ed è utile nelle circostanze in cui si è in presenza di forte intensità della luce naturale con angoli di ripresa larghi e quindi con la possibilità che si crei il fenomeno dell'abbagliamento;
• Filtro polarizzatore:
  indicato in aree vaste con presenza di foschia generata dal calore o abbagliamento causato da elementi quali specchi, vetri, laghi, stagni ecc.